乙烯法40 萬t/aVCM 裝置制冷機組選型與應用

陳慶同，杜鵬

(天津大沽化工股份有限公司，天津 300455)

1 前言

隨著我國PVC 生產(chǎn)工藝對環(huán)保和能耗要求提高，越來越多的裝置采用乙烯法生產(chǎn)PVC，VCM作為乙烯法生產(chǎn)PVC 的關鍵中間工藝，其中制冷機組的選擇對整套VCM 裝置的穩(wěn)定、高效運行至關重要。

根據(jù)裝置產(chǎn)能和工藝的不同，乙烯法VCM 工藝制冷機組通常可選擇離心式制冷機組和螺桿式制冷機組。

2 制冷機組在乙烯法VCM 裝置工藝作用

制冷機組是乙烯法VCM 生產(chǎn)工藝中關鍵動設備，關系到整個裝置生產(chǎn)的安全及穩(wěn)定。主要工藝作用如下：1）深冷低溫氯化單元和高溫氯化單元尾氣，回收其中夾帶的二氯乙烷，防止帶液造成尾氣氧表波動使裝置連鎖停車；2）給高溫氯化單元尾氣液環(huán)壓縮機組的循環(huán)液二氯乙烷提供冷量；3）給裂解單元氯化氫精餾塔氯化氫氣體提供冷量；4）氧氯化單元為乙烯過量反應，反應生成的不凝氣組分需要凈化氣采出來移除，凈化氣中所含的EDC 及水分須經(jīng)由制冷機組提供的冷量后冷卻去除，以防帶入低溫氯化造成設備腐蝕。

3 制冷機組的選型

3.1 40 萬t/aVCM 裝置制冷機組參數(shù)要求(表1)

表1 40 萬t/aVCM 裝置制冷機組參數(shù)表

3.2 制冷劑的選擇

目前，我公司舊裝置制冷機組制冷劑為R22（CHClF2二氟一氯甲烷）,屬于 HCFCS 類（氫氯氟烴類），根據(jù)國家2010 年3 月出臺《消耗臭氧層物質(zhì)管理條例》及《蒙特利爾議定書》最新的調(diào)整案規(guī)定，我國R22 將于2030 年實現(xiàn)完全淘汰。因此，我公司新裝置采用丙烯（化學式C3H6商品名稱R-1270）作為制冷劑，對臭氧層完全沒有破壞，并且溫室效應亦非常小，屬于目前最環(huán)保的制冷劑之一。

3.3 制冷壓縮機的型式

根據(jù)調(diào)研，目前國際知名制冷機組品牌，包括：約克、麥克維爾、豪頓華、GEA 等提供的丙烯制冷壓縮機在型式上主要有離心式與螺桿式兩種。

離心式壓縮機處理能力較大，一臺即可滿足裝置負荷需要；螺桿式壓縮機一般需要2 至3 臺方可滿足裝置負荷需求。

3.4 關于機組穩(wěn)定性與經(jīng)濟性考量

3.4.1 穩(wěn)定性及可操作性

因裝置生產(chǎn)運行需保證長周期穩(wěn)定運行，因此要求制冷機需滿足長周期穩(wěn)定運行，且即便在出現(xiàn)故障時應對生產(chǎn)造成影響最小。從上述壓縮機的型式上看，兩種類型壓縮機均滿足長周期運行要求。如選擇一臺離心制冷機組，一旦機組出現(xiàn)故障，壓縮機將停機，將造成裝置全線停車，單次開停車成本百余萬元。如采用螺桿式制冷機組，其設計至少為兩臺，一旦機組出現(xiàn)故障，通常只有一臺機組停機，只需緊急降部分負荷，對生產(chǎn)影響較小。從可操作性分析，螺桿式制冷機組具有優(yōu)勢。

另外，制冷機組在選型前期，我公司技術人員做了廣泛深入的機組使用狀況調(diào)研。具體分析如下：

1）天津大沽化工股份有限公司三套VCM 裝置現(xiàn)全部使用螺桿式壓縮機，每套裝置兩臺，全部在線使用，運行良好，未出現(xiàn)兩臺壓縮機同時故障停機，造成裝置全線停車情況。

2）青島海晶化工集團有限公司乙烯法VCM裝置使用單臺離心式壓縮機，據(jù)考察了解，開車前期出現(xiàn)了多次故障，包括：入口儲罐液位高高連鎖、齒輪箱油冷出口溫度高高連鎖、油溫控制閥故障等，由于制冷機停機造成裝置多次全線停車。

3）山東陽煤恒通化工股份有限公司乙烯法VCM 裝置使用單臺離心式壓縮機，據(jù)考察了解，在其裝置開車前期過程中制冷機運行狀況不好，因制冷機故障造成裝置多次停車，對生產(chǎn)影響較大。

3.4.2 投資成本

螺桿式壓縮機與離心式壓縮機從投資成本上考慮，綜合調(diào)研目前國際各知名制冷機組供應商，單套40 萬t/aVCM 裝置制冷機組預估費用如表2。

可是在設備投資成本方面，螺桿式制冷機組比離心式制冷機組更有優(yōu)勢。

表2 40 萬t/aVCM 裝置制冷機組預估費用表

3.4.3 運行費用

根據(jù)各供應商提供的初步功率方案，單套40萬t/aVCM 裝置制冷機組功率在5000～5900kW 不等，正常運行能耗相差不大。但在低負荷時，根據(jù)螺桿壓縮機與離心壓縮機結構型式，螺桿壓縮機設計最小負荷為10%，通過入口滑閥調(diào)節(jié)，而離心壓縮機必須滿足喘振流量要求，負荷低時須開回流保證壓縮機流量要求。因此，裝置低負荷時，螺桿壓縮機可降低載荷減少能耗。具體對VCM 裝置負荷調(diào)整因素如下：

1）季節(jié)對冷凍負荷影響：由于季節(jié)變化，氣溫低時，循環(huán)水溫度降低，部分裝置單元在深冷前由于有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，對冷量要求減少，因此冷凍機負荷相應降低。

2）裝置自身負荷對冷凍負荷的影響：VCM 裝置在檢修或開停車時，冷量要求較低，一般開一臺冷凍機即可滿足。而離心式壓縮機僅為一臺，功率浪費比較大，能耗較高。每年以20d 計，可節(jié)約費用72 萬元。

3）市場原因：VCM 裝置因市場原因需要調(diào)節(jié)負荷，螺桿式壓縮機可自身調(diào)節(jié)大幅降低能耗，此時節(jié)電將更加顯著。

4 結語

通過對制冷機組機型、可操作性、負荷調(diào)整能力、投資成本以及運行費用等分析對比，公司乙烯法40 萬t/aVCM 裝置制冷機組最終選定了螺桿式制冷機組方案。